杨琼花
(德宏州民族第一中学,云南 德宏州 678400)
电化学是高频考点,每年全国卷均有考查。题型以选择题为主,或在工艺流程题、实验题、反应原理题中以几个小问的形式呈现,分值6~10分左右,命题形式以新颖的原电池、电解池形式呈现,大部分学生对新情景下电化学试题出现惧怕,不会审题,无头绪,不知怎么解题等情况,导致考试中易失分,得分率低。为此,笔者依据近三年高考电化学习题的呈现特点,总结如何教会学生精准高效解决电化学考题的思路和方法,希望对电化学复习备考有所启示。
负极:失电子、发生氧化反应、电子流出、阴离子移向。正极:得电子、发生还原反应、电子流入、阳离子移向。同时熟记铜锌原电池(无盐桥、有盐桥)工作原理。
阳极:外接电源正极,失电子、氧化反应、电子流出、阴离子流向。阴极:外接电源负极,得电子、还原反应、电子流入、阳离子流向。同时熟记电解CuCl2溶液,氯碱工业(有阳离子交换膜),电解精炼铜,铁片上镀锌的工作原理。
负极:较活泼金属(或金属)、化合价升高、失电子、氧化反应、电子流出、电流流入、阴离子移向、极溶解质量减小;正极:较不活泼金属(或导电性非金属)、化合价降低、得电子、还原反应、电子流入、电流流出、阳离子移向、电极增重或不变或有气体逸出。注意:并不是活泼性强的材料一定做负极,如:①M g、A l、NaOH 溶液构成原电池,A l做负极;②Fe(或Al)、Cu、浓硝酸构成原电池,Cu 作负极。
阴极:外接电源负极,化合价降低、得电子、还原反应、电子流入、阳离子流向、滴有酚酞溶液变红色(或放H2生OH-)。阳极:外接电源正极,化合价升高、失电子、氧化反应、电子流出、阴离子流向、滴有石蕊溶液变红(或放O2生H+)。
电子流向(电流与之相反),原电池电子从负极流向正极,电解池电子从负极流向阴极,阳极流向正极;离子流向:原电池“正向正,负向负”阳离子流向正极,阴离子流向负极,电解池“阳向阴,阴向阳”阳离子移向阴极。阴离子流向阳极,电子不下“水”,离子不上“岸”——电子不能通过内电路,离子不能通过外电路。
阳极:活性电极金属>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根;阴极:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(强酸性)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水电离出H+)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。水溶液中含氧酸根、K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+一般不放电。
1.熟练书写常规电池电极反应式。如①Zn-Cu-稀H2SO4,Zn-Cu-CuSO4溶液,Fe-C-稀H2SO4,Fe-C-NaCl 溶液,Mg-Al-NaOH 溶液,Fe(或Al)-Cu-浓HNO3,Fe-C-FeCl3溶液等简单原电池电极反应式。②燃料电池酸性、碱性、熔融碳酸盐、熔融氧化物为介质的电极反应式。③锌锰干电池(酸性或碱性),银锌钮扣电池电极反应式。④铅蓄电池、镉镍电池等二次电池充放电电极反应式。2.一般电极反应式的书写。①列物质标得失:写出变价电极反应物和产物,计算化合价变化值,找出电子得失数。②看环境调平电荷:酸性用H+,碱性用OH-,熔融碳酸盐用CO32-,熔融氧化物用O2-调平电荷,依次类推。③配平两边原子:如氢氧不足用水来补。④两式相加验总式:两极反应相加并与总反应式对照验证。3.复杂电极反应式书写。总反应式-较简单一极电极反应→复杂电极反应式。
一看:有无外接电源,无为原电池,有为电解池,若是电池组,无外接电源,其一是原电池[两极材料为活动性不同的金属或金属与导电性非金属;或者一极通燃料,另一极通氧化剂(如O2)],其他的是电解池。二看:电极材料,电源正负极,电子或电流或离子流向,物质变化确定化合价升降,某些特定的现象判断电极名称。三看:物质变化确定化合价升降,判断介质环境写出电极反应式。结合以上电化学基础知识作出正确解答。
找题中关键词和有用信息。如2020 全国卷II 12 题中“通电时,Ag+注入到无色WO3薄膜中,生成AgxWO3”可知透明导电层为阴极,Ag 为阳极,W 元素化合价降低,可知C 错误。
放电时为原电池,由总反应或信息写出负极和正极反应式,若正极反应式难写,可用总反应式减去负极反应式。充电时为电解池,负极外接电源负极,负极反应式颠倒为阴极反应式,正极外接电源正极,正极反应式颠倒为阳极反应式。
电极区PH 变化决定于电极反应式,电池中PH 变化决定于电池反应式,生成OH-或消耗H+PH 增大,消耗OH-或生成H+PH 减小。
1.氢正一氧负二,根据代数和为零求碳的价态。2.根据结构式,共用电子对偏向为负,偏离为正。一个原子共用电子对对数为化合价数值,无偏离偏向为零。
依据氧化还原反应电子守桓,即电池中正负极、阴阳极得失电子数或者电路中通过电子数相等,找已知与未知关系式进行计算。
[例1](2021 年全国乙卷﹒12 题)沿海电厂采用海水为冷却水,但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率,为解决这一问题,通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示),通入一定的电流。
下列叙述错误的是()
A.阳极发生将海水中的Cl−氧化生成Cl2的反应
B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气
D.阳极表面形成的Mg(OH) 等积垢需要定期清理
[答案]D
[解题突破口]观察图,标有阳极阴极,或题干中“管道口设置一对惰性电极,通入一定电流”得知是电解池,且为惰性电极,结合阴阳极的放电顺序则可写出电极反应,特别注意阴极水电离出H+放电,放H2生OH-,所以Mg(OH)2应在阴极表面沉淀,可找到D 项错误。
总之,试题以新型电池和化工生产中应用的化学装置为载体,考查考生审题、识图、提取信息、分析整合问题的能力。各种新型电池层出不穷,新信息变化多端,图文结合信息量大学生有惧怕。但究其根本,这类题主要考查原电池、电解池基本原理,电极判断,电极反应式,总反应式的书写,电子、电流、离子的流向,转移电子数、反应物、产物定量计算等。此类题“高起点,低落点”。只要让学生夯实电化学基础知识,教会学生识图,审题,提取解题有用信息,分析整合问题能力,抓住本质,以不变应万变,是容易得分的。