基于高考试题谈电化学电极方程式书写技巧

张丽珍

[摘   要]文章通过对高考电化学试题的分析，综合电化学命题方向，总结电化学电极方程式的书写技巧，并结合高考实例进行分析应用，以提高学生对电化学题型的解题能力。

[关键词]电化学;电极方程式;书写技巧

[中图分类号]    G633.8        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）20-0076-02

电化学特别是原电池的内容在历年高考试题中都占有重要地位。2020年高考全国Ⅰ卷、全国Ⅱ卷、全国Ⅲ卷的选择题中，都出现了电化学试题。从题型上看都是给出电池的装置和原理图，让考生分析电池的工作原理，选项设置主要考查考生对电池工作原理的理解程度，以及电极方程式的书写能力。

一、试题回顾

（2020·全国Ⅰ卷第12题）科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。电池示意图如图1，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。

下列说法错误的是（）。

A.放电时，负极反应为[Zn-2e-+4OH-]=[Zn（OH）2-4]

B.放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol

C.充电时，电池总反应为[2Zn（OH）2-4]=[2Zn+O2↑+4OH-+2H2O]

D.充电时，正极溶液中OH?浓度升高

题目以新型Zn?CO2水介质电池为背景，给出了电池的装置和原理图。从原理图中不难分析出，放电时，CO2转化为HCOOH，C化合价从+4降低到+2，即CO2发生了还原反应，因此放电时右侧电极为正极，左侧电极为负极，且Zn发生氧化反应生成[Zn（OH）2-4];充电时，右侧电极为阳极，H2O发生氧化反应生成O2，左侧电极为阴极，[Zn（OH）2-4]发生还原反应生成Zn。因此放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极方程式为[Zn-2e-+4OH-]=[Zn（OH）2-4]，故A正确;放电时，CO2转化为HCOOH，电极方程式为CO2+2e-+2H+=HCOOH，则1 mol CO2转化为HCOOH时，转移电子数为2 mol，故B正确;充电时，阳极上H2O转化为O2，电极方程式为[2H2O-4e-]=[4H++O2↑]，阴极上[Zn（OH）2-4]转化为Zn，电极方程式为[Zn（OH）2-4+2e-]=[Zn+4OH-]，电池总反应为[2Zn（OH）2-4]=[2Zn+O2↑+4OH-+2H2O]，故C正确;充电时，正极即为阳极，从电极反应式[2H2O-4e-]=[4H++O2↑]中可以看出，溶液中H+浓度增大，而c（H+）·c（OH-）=KW，温度不变时，KW不变，因此溶液中OH-浓度降低，故D错误。答案选D。

二、考点分析

从试题考查方向上分析，电化学试题偏重于考查电池的工作原理和电极方程式的书写。涉及转移电子数目的计算和离子浓度的变化判断的题型，归根结底还是考查电极方程式，只要考生能完成电极方程式的书写，自然就能解决此类问题。在原电池和电解池的电极方程式书写上，原电池的电极方程式常常是考生的弱项，若能正确完成原电池的电极方程式，电解池的电极方程式只要逆向思考就可得到。因此，原电池电极方程式的书写极其重要。

三、原电池电极方程式的书写技巧

笔者综合历年高考电化学的命题方向，总结了书写原电池电极方程式的常用方法。第一，看清装置是原电池还是电解池，一般地，有外接电源为电解池，没有外接电源则为原电池。第二，区分原电池的正负极或电解池的阴阳极。一般地，在原电池中，可通过三个方面来判断正负极：1.电子流出或电流流入的一极为负极，电子流入或电流流出的一极为正极;2.电极自身失去电子或其他物质在其上失去电子的为负极，电极自身得到电子或其他物质在其上得到电子的为正极;3.化合价升高发生氧化反应的为负极，化合价降低发生还原反应的为正极。在电解池中，可通过两个方面来判断阴阳极：1.与外加直流电源负极相连接的为阴极，与外加直流电源正极相连接的为阳极;2.电子流出或电流流入的为阳极，电子流入或电流流出的为阴极。第三，判断电极所处的介质环境。通常有四种介质，分别为酸性溶液、碱性溶液、固体电解质、熔融碳酸盐。第四，看清反应。一般电极反应中，物质放电后若所产生的微粒进入介质中能稳定存在，则直接将该微粒写为产物;若所产生的微粒进入介质中与介质中的粒子发生反应，如结合产生沉淀、气体或难电离的物质等，则需把介质中的粒子写入电极方程式中。

四、常用微粒的结合方式

在原电池电极方程式的书写过程中，常需要对微粒的存在形式进行处理。基于此，笔者总结了O2-在常用介质中的处理方法（如表1）。

五、高考试题实例讲解

【例1】（2020·全国Ⅲ卷第12题）一种高性能的碱性硼化钒（VB2）—空气电池如图2所示，其中在VB2电极发生反应：[VB2+16OH--11e-]=[VO3-4+2B（OH）-4+4H2O]。该电池工作时，下列说法错误的是（）。（选项略）

分析：装置图中没有外接电源，此题考查的是原电池。根据图示的电池结构和题目信息，左侧VB2电极发生反应：[VB2+16OH--11e-]=[VO3-4+2B（OH）-4+4H2O]，可以看出VB2发生失电子的氧化反应，VB2电极为电池的负极。那么复合碳电极为电池正极，同时此电池的介质为KOH碱性电解溶液，因此正极空气中的氧气发生得电子反应：O2+4e-=2O2-，O2-在碱性电解质溶液中与水结合成OH-，反应的电极方程式为O2+4e-+2H2O=4OH-，电池的总反应方程式为4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8[B（OH）-4]+4[VO3-4]。

【例2】（2019·全国Ⅲ卷第13题）为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn（3D?Zn）可以高效沉积ZnO的特點，设计了采用强碱性电解质的3D?Zn—NiOOH二次电池，结构如图3所示。电池反应为Zn（s）+2NiOOH（s）+H2O（l）[放电充电] ZnO（s）+2Ni（OH）2（s）。下列说法错误的是（）。（选项略）

分析：此题为二次电池，根据题意可知介质为强碱性电解质，分析电池反应Zn（s）+2NiOOH（s）+H2O（l） [放电充电]ZnO（s）+2Ni（OH）2（s），放电时为原电池， Zn化合价升高为电池负极，则NiOOH为电池正极。Zn失去电子转化为Zn2+，Zn2+进入电解质溶液后与OH?结合，根据题意可知转化为ZnO，原电池的负极方程式为Zn? 2e?+2OH?=ZnO + H2O。正极NiOOH转化为Ni（OH）2，将NiOOH看作由Ni3+、O2-、OH?三种粒子组成，对比NiOOH与 Ni（OH）2发现除了要考虑Ni3+得电子，还需要考虑中间O2-在碱性电解质溶液中与水结合成OH-，原电池的正极方程式为NiOOH+e-+H2O=Ni（OH）2+OH?。原电池的正极充电时是电解池的阳极，阳极是Ni（OH）2失去电子转化为NiOOH，电极反应式为Ni（OH）2（s）+OH? （aq）? e?=NiOOH（s）+H2O（l），阴极是ZnO中的Zn2+得电子转化为Zn，O2-在碱性电解质溶液中与水结合成OH-，电极反应式为ZnO+2e?+H2O=Zn+2OH?。

综上所述，电化学在历年高考中占有重要比重，只有熟练掌握原电池电极方程式的书写技巧，才能更好地完成电解池的电极方程式的书写，更有助于学生深入理解电池的工作原理。通过对高考真题的分析以及练习，可以大大提高学生对电化学题型的解题能力。

[   参   考   文   献   ]

[1]  李杰.“五看法”书写电极反应[J].中学化学教学参考， 2019（20）：60-61.

（责任编辑 罗 艳）