高考化学中电化学的解题方法与规律
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高考化学中电化学的解题方法与规律
李勇浩
【期刊名称】《高中数理化》
【年(卷),期】2018(000)021
【总页数】3页(P60-62)
【作 者】李勇浩
【作者单位】广东佛山市南海区西樵高级中学
【正文语种】中 文
电化学知识是高考中必考的内容,很多同学感觉这部分试题不好做,下面笔者结合多年经验,谈谈该类题型的解题方法及规律．
1 解题思路分析
1.1 会看装置图,学会判断电极
涉及电化学的装置图一般有原电池装置和电解池装置两种,也有原电池和电解池联合在一起的装置．一般来说,如果有电源连接的是电解池,否则是原电池．
1)原电池.
通常情况下,判断电极有如下6种常规方法.
方法1:根据两极材料判断，简记为“谁强谁负”．(特殊情况:比如电极是金属镁、铝,电解质溶液是氢氧化钠;电极是铜、铝(或铁),电解质溶液是浓硝酸,详细见方法6);
方法2:一般情况下电极逐渐溶解的为负极,电极质量增加或放出气体的为正极，简记为“谁溶谁负”; 方法3:电子流出的一极一般为负极，电子流入的一极为正极,简记为“电子负出正入”;
方法4:阴离子流向的一极为负极、阳离子流向的一极为正极，简记为“同性相吸”;
方法5:失去电子发生氧化反应的是负极，得到电子发生还原反应的是正极，简记为“负氧正还”;
方法6:能与电解质溶液反应的电极为负极，简记为“谁负谁反应”．例如，镁、铝为电极,氢氧化钠溶液为电解质溶液,虽然镁比铝活泼,但是由于镁不与氢氧化钠溶液反应,铝能与氢氧化钠溶液反应,所以铝为负极、镁为正极．
还有其他规律:
a) 电池中,通入CO2或O2的一极是正极,如例1．
b) 电池中,生成CO2的是负极,如例1．
c) 金属材料和某化合物做电极,则金属是负极．如例4.
2)电解池.
a) 若题中标示电源,电极的判断相对简单,规律可归纳为6个字:“正、阳、氧;负、阴、还”，如例3．
b) 若题中给出电极反应,则“阳、氧;阴、还”,如例2．
1.2 电极反应式的判断
在选择题中,电极反应式的判断是必考选项．可用两步观察法解题．
第1步，观察电极与电子得失是否对应:若是负极(或阳极)应失去电子,若是正极(或阴极)应得到电子．
第2步，观察电极反应式中的反应物和生成物是否和题目信息相吻合,吻合则正确,否则错误．具体应用见例1、2、3及分析．
1.3 电子、电流、离子移动方向判断 1)原电池.
规律: a) 电子从负极向正极移动(但不会进入电解质溶液,电解质是离子在导电)，电流与电子移动刚好相反．b) 方法4中已归纳,简记为“同性相吸”．
2)电解池.
规律: a) 电子从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极．b)
通过分析,可简记为“阴阳配”．
1.4 电子转移数目或物质的量的计算
电子转移数目的计算,本质是根据氧化还原反应的计算,先写出反应式,根据化合价变化,得出电子数目的变化．因为计算相对麻烦,如果在选择题中,建议先别算,用排除法选出答案,如果排除不了,再去计算．
1.5 电解质溶液浓度或pH变化判断
对此类问题,要在认真审题的基础上,写出电极反应式,根据反应物与生成物的变化判断pH和浓度的变化．
还有一些试题是根据题目自身的特点,进行考点设置,比如金属的腐蚀与防护,离子交换膜,电解液的判断等．对此,要根据题目信息来回答．
2 解题方法归纳与应用
尽管各种新型电池或电解池层出不穷,但万变不离其宗,其解题的核心是电极的判断和书写,以电极的判断为基础,进行反应式的分析或其他相关知识的发散,从而解答各种问题．
2.1 选择题类型
例1 (2015年全国卷Ⅰ) 微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图1所示．下列有关微生物电池的说法错误的是( ).
图1
A 正极反应中有CO2生成; B 微生物促进了反应中电子的转移;
C 质子通过交换膜从负极区移向正极区;
D 电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O
分析 此题的4个选项分别考查了电极的判断,电子、离子(质子即H+)的移动,电池反应式的书写．根据“电极分析法”,我们先判断电极,由前文总结的规律,“O2是正极”“生成CO2的是负极”容易判断选项A是错误的;由题目信息可知,微生物可产生电流,因此有电子转移,选项B是正确的;根据前文总结的规律,离子移动是“同性相吸”,可知选项C是正确的;对选项D,根据前文总结的“两步观察法”中的第2步,观察电极反应式中的反应物和生成物是否和题目信息相吻合,容易发现题中有C6H12O6和O2参与反应,生成CO2,和反应式相吻合,所以选项D正确．答案为A．
例2 (2018年全国卷Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除．示意图如图2所示,其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为:
图2
① EDTA-Fe2+-e-=EDTA-Fe3+
② 2EDTA-Fe3++H2S=2H++S+2EDTA-Fe2+
该装置工作时,下列叙述错误的是( ).
A 阴极的电极反应:
CO2+2H++2e-=CO+H2O;
B 协同转化总反应：CO2+H2S=CO+H2O+S;
C 石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低;
D 若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性
分析 此题考查了电极反应式、总反应式、电势高低和电解质溶液判断4个知识点,除了电势高低判断比较陌生之外(中学化学课本没出现过),其他都是常规问题．根据“电极分析法”,第1步判断电极.因为图中连接了光伏电池(即有电源),所以是电解池,根据前文方法可判断出,左边ZnO@石墨烯是阴极,因为化合价降低,得到电子发生还原反应,右边石墨烯则是阳极．对于选项A,根据“两步观察法”分析，阴极为CO2得到电子,电极反应式中反应物和产物信息与题目图中信息(CO2和H+、CO)相吻合,所以两步都正确,选项A正确;对于选项B,还是应用“两步观察法”,根据“反应式中的反应物和生成物与题目信息是否相吻合”,容易发现题中反应物是CO2和H2S,从题图中看出生成物有CO和S,而且方程式已经配平,所以选项B正确;对于选项C,根据电流由正极流向负极,而且电流是由电势高流向电势低,因此正极(阳极)电势高,负极(阴极)电势低,因为石墨烯是阳极,电势要高,所以选项C错误;对于选项D,根据题目信息,若有Fe3+/Fe2+,电解质溶液不能呈碱性,否则生成沉淀,所以溶液呈酸性是合理的,正确．答案为C．
例3 (2016年全国卷Ⅰ)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图3所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室．
图3
下列叙述正确的是( ).
A 通电后中间隔室的向正极迁移,正极区溶液pH增大;
B 该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品;
C 负极反应为2H2O—4e-=O2+4H+,负极区溶液pH降低;
D 当电路中通过1 mol电子的电荷量时,会有0.5 mol O2生成
分析 此题考查了离子的移动、溶液pH的变化、电极反应式、电子转移计算和电解产品推断等内容,其核心就是电极反应式和总反应式．根据“电极分析法”,第1步判断电极.因为图中连接电源(左边有“-”,右边有“+”),所以是电解池,容易判断左边是阴极,右边是阳极(图中标注负极区和正极区指的是阴极区和阳极区,不能看成是原电池的负极和正极)．对于选项A,根据总结的规律,电解池离子的移动是“阴阳配”,向正(阳)极迁移,在阳极,失电子能力:电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O(或2H2O-4e-=O2↑+4H+)消耗了OH-，增加了H+,所以pH降低,选项A错误;在阴极,阳离子得电子,电极反应为4H++4e-=2H2↑(或4H2O+4e-=2H2↑+4OH-),消耗H+,增加了OH-,所以pH升高,选项C错误;根据选项A、C的分析,其总反应式为Na2SO4+4H2O=2NaOH+H2SO4+O2↑+2H2↑，选项B正确．根据选项A的分析可知2H2O-4e-=O2↑+4H+,所以通过1 mol电子的电荷量时,会有0.25
mol的O2生成,选项D错误．答案为B．
2.2 填空题类型
在填空题中,一般要求书写电极反应式，一般规律:若阳极是活性电极(除Au、Pt、C之外的电极),则电极本身失去电子,发生氧化反应,通式:M-ne-=Mn+;若是惰性电极(Au、Pt、C等电极),则通常是溶液中的阴离子放电,放电的先后顺序是S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子,阴极则是溶液中的阳离子放电,放电顺序是Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+,与金属活动性顺序刚好相反．注意,因为水能微弱电离出OH-和H+,所以几乎可以认为任何电解质溶液中都能有OH-和H+的存在,在写电极反应式时,千万不要漏了OH-和H+．
例4 (2018年全国卷Ⅰ,有删减)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图4所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3．阳极的电极反应式为________．
图4
分析 根据审题可以知道,阳极区是稀硫酸,电极是石墨(惰性),由“正、阳、氧”和“阴阳配”知道阴离子在阳极失电子,发生氧化反应,由OH-失电子能力强于含氧酸根离子可知，电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O，因为OH-是水电离的，所以通常写为2H2O-4e-=O2↑+4H+.
3 反思体会和感悟
1)电化学的基础是氧化还原反应,所以必须要熟记氧化还原反应规律,如“升、失、氧;降、得、还”及金属活动性顺序等．
2)学生普遍觉得原电池和电解池容易混淆,其实主要方法是记牢原电池的规律,电解池则和原电池相反．对于原电池规律,尽量用化繁为简的口诀来记忆．比如,原电池装置叫“发(化)电装置,指化学能转化为电能的装置”,又比如,离子的移动叫“同性相吸,指阳离子(带正电)向正极移动,阴离子(带负电)向负极移动”,电解池也一样,“正、阳、氧”“异性相吸(或阴阳配)”等口诀都可以很好地帮助记忆．
3)电极反应式的书写是学生害怕的,但其本质上是考查考生审题能力,然后结合基本的电极反应知识进行书写,从前文例题可以发现,都是比较常见的电极反应式,并不会考很复杂生僻的反应,所以树立信心很重要．
4)无论怎样新型的原电池或电解池,其核心都是电极的判断,所以在夯实基础,认真审题,细心思考的基础上,运用“电极分析法”是突破电化学题型的有效方法.
