建构“三步”解题模型 突破高考电化学题

刘 洁

(广东省佛山市高明区第一中学)

各种层出不穷的电化学装置给人类工作和生活带来了便利,相关的电化学知识也成为了高考命题的热点。高考试题常常关注新型化学电源,具有基于真实问题情境考查学科知识与能力、学科核心素养的趋势,同时试题对学生接受、吸收、整合化学信息的能力以及分析解决问题的能力提出了全方位、更高层次和水平的认知要求。由于该题型存在情境新颖、陌生度大、问题真实等特点,学生普遍感觉较难突破,但这些高考题的考点实际上是课堂教学所研究的基础问题:电极判断、电极反应式和微粒移动,故本文通过建构解题模型“三步曲”,帮助学生快速准确地突破电化学选择题。

一、分清两池——原电池、电解池

高考试题会对陌生情境的装置进行相关的文字介绍或必要的标注,首先应该确定题中所涉及的是哪种装置,是只含原电池还是只含电解池,或是可充放电的二次电池,因为原电池装置和电解池装置所对应的工作原理是不同的。

表1

如果是二次电池,要明确放电方向和充电方向。放电时,装置遵循原电池工作原理——“负失正得、负负正正”(负极失去电子,正极得到电子,带负电荷的阴离子向负极移动,带正电荷的阳离子向正极移动);充电时,装置遵循电解池工作原理——“阳失阴得、阴阳相吸”(阳极失去电子,阴极得到电子,阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动)。

二、判断两极——负或正、阴或阳

如何判断两极有很多种方法,不管何种方法,本质是相同的。原电池中失去电子的电极为负极、得到电子的电极为正极(负失正得),而电解池中失去电子的电极为阳极、得到电子的电极为阴极(阳失阴得),二次电池中充放电对应的电极反应正好相反。

结合上述内容,分清两池后,根据题中的信息正确判断两极,但是要注意一定不能混淆两极,原电池中的两极名称是正极、负极,而电解池中的两极名称是阳极、阴极。

在明确两极的过程中,可以完成电极反应式的书写和判断:

第一步:找信息,定物质;认真审题,获取题中的信息(文字信息、装置信息),确定该电极上的反应物和生成物。

第二步:标价态,写得失;标出价态变化元素的化合价,化合价升高即失去电子,降低即得到电子,并确定得失电子的数目即电子的系数。

第三步:看环境,配守恒;结合电极反应所处的环境,根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒将电极反应式配平。

【例1】(2022年山东卷,13题节选)设计如图1装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定,借助其降解乙酸盐生成CO2,将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2+,工作时保持厌氧环境,并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质,右侧装置为原电池。下列说法正确的是

图1

( )

三、确定两路——内电路、外电路

在电化学装置中,微粒移动的考查有两大方面,内电路离子的移动方向和外电路电子的移动方向。在前两步的基础上,确定选项所涉及的是外电路中的电子还是内电路中的离子,然后熟记下表中口诀进行判断。若遇到相关计算,要谨遵“守恒思想”,外电路两极上得失电子总数相等,内电路移动离子的电荷总数与外电路电子的电荷总数相等。

表3

【例2】(2022年山东卷,13题节选)题干和图像同【例1】。

A.装置工作时,甲室溶液pH逐渐增大

B.装置工作一段时间后,乙室应补充盐酸

D.若甲室Co2+减少200 mg,乙室Co2+增加300 mg,则此时已进行过溶液转移

真题演练

图2

( )

B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关

C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移

【答案】C

【解析】本题以真实情境“光照充电Li-O2电池”为考查载体,考查电极判断、电极反应式、微粒移动方向等核心必备知识,甄别学生对题目中有效信息的获取及分析能力。

第一步:分清两池——原电池、电解池

教育以“立德树人”为出发点和落脚点，这要求学校和教育工作者一定要把“德”放在首位。在高校校园中，图书馆汇聚着来自不同学院、不同专业的学生。因此，图书馆运用阅读推广进行对学生品德教育显得意义重大。而通过对新的推广阅读的形式的不断探索与创新，可以更为高效的促进对学生的品德教育。

第二步:判断两极——负或正、阴或阳

第三步:确定两路——内电路、外电路

放电时内电路微粒移动为“负负正正”,故带正电荷的阳离子Li+应该从负极穿过离子交换膜向正极移动,C错误。

图3

下列说法正确的是

( )

A.充电时电极b是阴极

B.放电时NaCl溶液的pH减小

C.放电时NaCl溶液的浓度增大

D.每生成1 mol Cl2,电极a质量理论上增加23 g

【答案】C

【解析】本题以“新型氯流电池”为情境素材,考查电化学装置工作原理的分析与综合应用能力,包括电极的判断、电极反应式、电解质溶液浓度及pH变化的判断等。

第一步:分清两池——原电池、电解池

由文字信息可知该装置是二次电池,放电时是原电池,充电时是电解池;

第二步:判断两极——负或正、阴或阳

第三步:确定两路——内电路、外电路

二次电池充放电的电极反应相反,由第二步中放电时电极a、b的电极反应可知,电极a生成Na+,电极b生成Cl-,放电时溶液中NaCl浓度增大,C正确;工作时外电路迁移的电子总数相等,Cl2→2e-而Na+→e-,根据得失电子守恒,每生成1 mol Cl2,电极a的质量理论上增加23 g/mol×2 mol=46 g,D错误。