中学解题研究之电化学

中学解题研究之电化学

陈静棠衷明华

(韩山师范学院化学系，广东 潮州 521041)

摘要：自2010年广东高考进行改革后，化学科归入理科综合的范畴内，而且近年来电化学的应用领域越来越广泛，所以电化学成为了高考命题热点。然而很多学生对电化学这类题型甚为苦恼，觉得太杂乱，不易把握。其实电化学所考察的要点侧重于基础知识，只要我们把基础知识学好，将我们学习的知识点进行归纳，再掌握一些解题技巧，就可以在高考中以不变应万变。

关键词：高考改革电化学解题技巧

一、近年高考试题分析

表　近年高考试题分析

从表中我们可以看出，2011—2014年广东高考卷对电化学知识的考查题量为1至3道题，分值比例在4%至12%之间，题型以填空题、综合题为主，在综合题中进行考查，对考生的电化学的掌握程度要求较高，考察要点侧重于基础知识，估计2015年电化学这部分知识点占广东高考理综分值为10%左右。

二、常见考点归纳

1、判断电极的极性、电子转移、电流方向、电解质溶液中的离子转移等问题。

2、能写出电极反应式并判断电极反应时电极现象、溶液浓度的变化或是酸碱性(pH)变化。

3、能根据原电池、电解池的电极变化判断金属活动性强弱。

4、理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。

5、了解原电池和电解池的主要运用。

三、基础知识及解题技巧

(一)判断电极的极性、电子转移、电流方向、电解质溶液中的离子转移等问题

1、原电池：把化学能转化为电能的装置，构成的条件是能自发发生氧化还原反应，有电解质溶液，两个活泼型不同的电极、形成闭合回路。

(1)如何判断原电池的极性——负极发生氧化反应正极还原反应。

(2)如何判断电子转移、电流方向、电解质溶液中的离子转移——电子从负极流向正极，而电流方向与电子定向移动的方向相反，电解质溶液中阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。

2、电解池：把电能转化为化学能的装置，它构成的条件是有外加电源、与外电源相连的两个电极、有电解质溶液(或熔融)、形成闭合回路。

(1)如何判断电解池的极性——阳极是与电源正极相连的电极，失去电子发生氧化反应，阴极是与电源负极相连的电极，得到电子发生还原反应(阳极氧阴极还)。

(2)如何判断电子转移、电解质溶液中的离子转移——电子从电源负极经外导线流向电解池阴极、电解质溶液中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。

(二)书写电极反应方程式

1、原电池反应式的书写

(1)仅有一电极材料参与反应：参与反应的金属电极失电子为负极，另一电极往往为正极，正极是介质溶液中的微粒得电子(正极反应一般为析氢、吸氧、析Cu、Ag等)。

a、酸性较强介质：正极一般是析氢反应。

负极：Zn-2e-=Zn2+；正极：2H++2e-=H2↑

b、接近中性介质或碱性：正极一般是吸氧反应。

负极：2Fe-4e-=2Fe2+；正极：O2+4e-+2H2O=4OH-

c、含不活泼金属的盐溶液为介质：正极析出不活泼金属(Cu、Ag等)。

负极：Fe-2e-=Fe2+；正极：Cu2++2e-=Cu

(2)两电极材料均参与反应：当负极为金属，正极为某金属氧化物时(如：铅蓄电池)，且负极金属失电子后形成的离子能继续与溶液形成沉淀时，此时负极为金属失电子，形成的离子再和溶液中的离子发生复分解反应。正极为某金属氧化物得电子，若形成的物质能继续跟电解质发生反应，则正极反应式为正极得电子，再发生复分解反应。下面我们以铅蓄电池为例。[铅蓄电池]负极：铅；正极：二氧化铅；电解质溶液：硫酸溶液。

负极反应式为：Pb-2e-+SO42-=PbSO4+2H2O

正极反应式为：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O

(3)电极材料本身均不参与反应即都为惰性电极(常见于燃料电池)负极为该燃料失电子，正极一般为O2得电子。

例题：在碱性介质中以CH4为燃料的燃料电池的正极反应式为：2O2+4H2O+8e-=8OH-，请写出该燃料电池的负极反应方程式。

解析：该电池为燃料电池，故负极为燃料失电子，即CH4失电子。又电解质溶液呈碱性，故负极反应方程式为CH4+10OH--8e-=7H2O+CO32-

书写原电池总结：准确判断原电池的正负极，高度注意电解质的酸碱性，牢牢抓住总的反应方程式，不能忽视电子转移数相等。

2、电解池反应式的书写

(1)明白电解池原理：电解池是通过外接电流的作用，与电源负极相连的阴极得到电子，而阳极失去电子。

(2)列离子，判运动：分析溶液中存在哪些离子，判断离子的迁移。

如：氯化钠溶液，由于具有电解质氯化钠和水，所以溶液中会存在H+、Cl-、Na+、OH-。根据物理学知识，在电场的作用下，阳离子(H+、Na+)会向阴极移动，阴离子(Cl-、OH-)会向阳极移动。

定得失：依照经验判定两极得失电子的物质。

阴极放电顺序Ag+>Fe3+>Cu2+>H+酸>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+水>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+；我们如果细看一下，就会发现这个放电顺序，即是我们所讲的氧化性强弱的顺序，因为：H+>Na+，所以阴极的电极反应式为：2H++2e-=H2↑

阳极放电顺序：M(活性电极、即除金、铂以外的金属)>X-(S2->I->Br->Cl-)>OH->含氧酸根；我们细看一下，会发现这里同样是氧化还原反应知识：先强后弱规律，还原性强的物质先失去电子。因为石墨电解为惰性电极，且Cl->OH-，所以阳极的电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑

四大电解类型

1.电解电解质型(例：HCl、CuCl2)

2HCl=H2↑+Cl2↑

2.电解水型(例：NaOH、H2SO4、Na2SO4)

2H2O=2H2↑+O2↑

3.放H2生碱型(活泼金属无氧酸盐，例：NaCl)

阳极：2Cl-—2e-=Cl2↑(氧化反应)

阴极：2H+-2e-=H2↑(还原反应)

总：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑

4.放氧生酸型(不活泼金属含氧酸盐，例：CuSO4)

阳极：4OH-—4e-=2H2O+O2↑(氧化反应)

综上可知，若想让电解质复原，只需加入电解后从溶液中出来的物质(气体和沉淀)即可，如电解H2SO4溶液，从溶液中出来的是H2和O2，相当于电解水，故只需往溶液中加入适当的水(具体多少得算)。

(三)原电池和电解池的应用

1、原电池的应用

(1)比较不同金属的活动性强弱：根据原电池原理可知，在原电池反应过程中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或碳棒)作正极。

(2)加快反应速率：原电池可以加快化学反应速率。如锌和稀硫酸反应制取氢气时，可向溶液中滴加少量硫酸铜，形成铜-锌原电池，加快反应进行。

2、电解池的应用

(1)电解饱和食盐水

阳极反应式：2Cl--2e-=Cl2↑

阴极反应式：2H++2e-=H2↑

总反应式：2NaCl+2H2O=Cl2↑+H2↑+2NaCl

应用：氯碱工业制Cl2、H2和NaCl。

(2)电镀或电解精炼铜

1待镀金属或精铜作阴极；镀层金属或粗铜作阳极。

2电极反应：阳极：Cu-2e-=Cu2+；阴极：Cu2++2e-=Cu

(3)冶炼金属(以冶炼Na为例)

1电极反应：阳极：2Cl-—2e-=Cl2↑；阴极：2Na++2e-=2Na

2总反应式：2NaCl(熔融)=2Na+Cl2↑

应用：冶炼钠、镁、铝等活泼金属。

(四)金属的防护

1、加防护层，如涂油漆、覆盖陶瓷、电镀、金属钝化等。

2、改变金属的内部结构，如将普通钢制成不锈钢。

3、电化学保护法。

①牺牲阳极的正极(阴极)保护法：原电池原理，正极被保护。如在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼的金属如锌，让在被保护的金属作原电池的正极。

②外加电源的阴极保护法：利用电解池原理，阴极被保护。如用被保护的钢铁设备作阴极，惰性电极作阳极，外接直流电源。

四、典型习题

例1(双项)铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是()。

图　铜锌原电池

A.正极反应为：Zn—2e-=Zn2+

B.电池反应为：Zn+Cu2+=Zn2++Cu

C.在外电路中，电子从负极流向正极

D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液

解析：我们知道Zn的活泼性比Cu强，所以Zn是负极，故A错。电池总反应和没有形成原电池时的氧化还原反应相同，故B正确。根据闭合回路的电流方向，在外电路中，电子由负极流向正极，故C正确。在溶液中，阳离子往正极移动，阴离子往负极移动，故D错误。答案：BC。

例2(2011年广东高考32(5))钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是()。

答案：(5)阳极：Al-+3e-=Al3+；阴极：4Al2Cl7―+3e-=7AlCl4―+Al。

解析：铝在空气中易形成一层极薄的致密而坚固的氧化膜，它能阻止氧化深入内部，起到防腐保护作用。从上面几个高考电化学题来看，高考题其实并不难，只要掌握了上面的知识点，高考电化学就没什么可怕的。

例3(2013 年广东高考33)能量之间可以相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。①完成原电池的装置示意图(如图)，并作相应标注。要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。

②铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极。(如图)

③根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在②的材料中应选()作阳极。

答案：①

图　原电池的装置示意图

②电极逐渐溶解

③Zn

解析：②由题给试剂，结合原电池的形成条件可知可以组合的原电池可以是：锌铜、锌铁、铁铜原电池。由图示所给电子移动方向可知左边为负极(活泼金属)、右边为正极(不活泼金属)，则组装的原电池可以如下：

图　组装的原电池

由所给的电极材料可知，当铜片做电极时，铜片一定是正极，则负极是活泼的金属(失电子发生氧化反应)。反应的现象是电极逐渐溶解。以Zn和Cu做电极为例，如果不用盐桥则Zn与CuSO4反应，置换出的Cu附着在Zn表面，阻碍了Zn与CuSO4的接触，不能提供稳定电流。

③根据牺牲阳极的阴极保护法，可知被保护的金属作阴极，即Zn作为阳极。

五、命题趋势

电化学知识的考查可以在一定程度上体现出题人的情感价值观，因为许多学生一看到电化学的相关题型，就有点害怕了，考生在考试时，应该调整好心态，平时把基础知识学好，将电化学的知识点进行归纳，再掌握一些解题技巧，考试时应该沉着冷静分析题型。近年来，随着能源的日趋紧张合理开发，综合利用陆上资源与海水显得尤为重要，而金属矿物和海水资源的开发利用过程主要涉及金属的冶炼和防护，在高考中就可以结合氧化还原反应，电化学知识进行考查的题型就不会只局限在选择题上，而是越来越趋向于与化工流程题相结合的命题类型，考查金属精炼、电解海水、新型电池、电镀等知识点。因此，这是考生应重点复习的一个方向。

参考文献

[1]王秀杰，中学化学开放性试题教学的研究.

[2]韩家勋，素质教育与高考化学命题改革研究.