优化解题策略 高效突破原电池选择题

江西 张万程

纵观历年高考真题，电化学选择题在高考中考查频次较高，其中尤以原电池的考查最为常见。由试题呈现的信息可看出，高考化学试题逐渐向真实情境的方向发展，呈现新技术、新科研成果，在考查必备知识的同时，精心设问，凸显综合素质的考查，渗透对化学学科核心素养的考查，充分体现高考命题的要求。笔者总结了电化学考题中涉及原电池的常见角度，优化解答此类问题的策略，并归纳高考命题的方向，以期对师生的一轮复习有所帮助。

一、原电池知识体系

二、原电池优化解题策略

原电池在高考中的考查知识点主要有：正负极的判断、电子或离子的移动方向、电极反应式、电化学计算等，其中尤其以电极反应式的考查最为常见，几乎每道试题均有涉及，该考查点区分度高，对学生分析问题、解决问题的能力要求较高，较多学生在解决该类问题时，常常会陷入困境，无从下手。

根据题意，从氧化还原反应角度分析电池的总反应式，注意遵循守恒原则，列出表格，理清思路，能正确分析出电极反应式，原电池试题基本上迎刃而解。对于二次电池与燃料电池，应需要从以下角度进行分析。

三、真题全景赏析

1.金属-空气电池

试题电池装置图电极反应式2016·浙江卷·11正极:O2+4e-+2H2O4OH-负极:M-ne-+nOH-M(OH)n

续表

2.金属-CO2电池

试题电池装置图电极反应式2018·全国卷Ⅱ·12正极:3CO2+4e-2CO2-3+C负极:Na-e-Na+2018·天津卷·10(3)正极:6O2+6e-6O-2、6CO2+6O-23C2O2-4+6O2负极:Al-3e-Al3+

3.(微)生物燃料电池

试题电池装置图电极反应式2019·全国卷Ⅰ·12正极:MV2++e-MV+、N2+6MV++6H+2NH3+6MV2+负极:MV+-e-MV2+、H2+2MV2+2MV++2H+2015·全国卷Ⅰ·11正极:O2+4e-+4H+2H2O负极:C6H12O6+6H2O-24e-6CO2+24H+

4.其他电池

试题电池装置图电极反应式2018·浙江卷·10正极:2H++2e-H2↑负极:H2-2e-+2OH-2H2O2017·全国卷Ⅲ·11正极:S8+2e-+2Li+Li2S8、3Li2S8+2e-+2Li+4Li2S62Li2S6+2e-+2Li+3Li2S4、Li2S4+2e-+2Li+2Li2S2负极:Li-e-Li+2015·江苏卷·10正极:O2+4e-+2CO22CO2-3负极:H2-2e-+CO2-3H2O+CO2、CO-2e-+CO2-32CO2

5.锌系电池

试题电池装置图电极反应式2019·全国卷Ⅲ·13正极:NiOOH+e-+H2ONi(OH)2+OH-负极:Zn-2e-+2OH-ZnO+H2O2019·天津卷·6正极:I2Br-+2e-2I-+Br-负极:Zn-2e-Zn2+2015·天津卷·4正极:Cu2++2e-Cu负极:Zn-2e-Zn2+

四、真题优化解题例析

【例1】(2019·全国卷Ⅰ·12)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是

( )

A.相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能

C.正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3

D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

【答案】B

【优化解题】试题中未给出总反应式，可从题图中各电极区的转化关系进行分析，写出电极反应式。

【例2】(2019·天津卷·6)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池，其工作原理示意如图。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是

( )

B.放电时，溶液中离子的数目增大

C.充电时，b电极每增重0.65 g，溶液中有0.02 mol I-被氧化

D.充电时，a电极接外电源负极

【答案】D

【优化解题】试题中未给出总反应式，可从题图中Zn2+的移动方向进行分析，写出电极反应式。

( )

B.充电时释放CO2，放电时吸收CO2

【答案】D

【优化解题】由工作原理图可以看出，电池由CO2、负载碳纳米管的镍网、金属钠、溶于有机溶剂的NaClO4电解质构成，Na元素只有0价和+1价，Na在作电极时只能失去电子，作原电池的负极。根据所给出的总反应式进行氧化还原反应分析。

根据题意，“可呼吸”的Na-CO2二次电池，即在放电时吸收CO2，在充电时释放CO2，C-CO2为原电池的正极，也是充电时的阳极，Na-Na+为原电池的负极，也是充电时的阴极。综上可知，D项错误。

五、高考考查新热点——锂离子电池

锂离子电池仅在早年高考题中出现过，且次数较少，2016年四川卷考查过电动汽车中配载的一种可充放电的锂离子电池，2014年天津卷将锂离子电池和锂硫电池结合起来进行考查。但由于2019年诺贝尔化学奖授予锂离子电池的发明者，故在模考题中锂离子电池前所未有的“热”了起来。锂离子电池放电时，镶嵌在石墨上的Li失去电子，进入电解液，电解液内的Li+移向Li1-xMyOz，Li1-xMyOz中的M得到电子，与Li+结合成LiMyOz，充电过程与之相反。常见的锂离子电池的电极材料及放电时电极反应式可总结如下：

电极材料电极反应正极LiMO2(M:Co、Ni、Fe)LiM2O4(M:Co、Ni、Fe)LiMPO4(M:Fe)Li(1-x)MO2+xLi++xe-LiMO2Li(1-x)M2O4+xLi++xe-LiM2O4Li(1-x)MPO4+xLi++xe-xLiMPO4负极石墨(吸附Li+)LixCn-xe-xLi++nC

下面以一道模考题为例进行说明。

( )

A.放电时，电子由铝箔沿导线流向铜箔

C.磷酸铁锂锂离子电池充放电过程通过Li+迁移实现，C、Fe、P元素化合价均不发生变化

D.用该电池电解精炼铜，若电流强度I=3.0 A，工作15分钟后得到铜0.64 g，则电流利用效率约为71.5%

【答案】C

【优化解题】根据图示及充电时阳极的电极反应式进行如下分析：

放电时总反应式LixC6+FePO4xLiFePO4+(1-x)FePO4+C6正极FePO4+xLi++xe-xLiFePO4+(1-x)FePO4负极LixC6-xe-xLi++C6

六、结束语