理论与实践的有机结合

摘 要：高中化学电化学主要为原电池、电解池及其相关基础知识点，高考命题通常在此基础上，综合当前新型电池技术，进行题目变型，其本质上都是对基础知识的考查.为此，教师在教学过程中，针对原电池、电解池以及两者结合的题型进行针对性训练，引导学生正确区分“四极”，帮助学生熟悉各种题型的特点和解题方法，以便学生能够快速准确地完成题目的解答.

关键词：高考；高中；电化学；原理理解；解题技巧

中图分类号：G632"" 文献标识码：A"" 文章编号：1008-0333（2024）19-0123-03

收稿日期：2024-04-05

作者简介：陆月（1980.3—），女，江苏省滨海人，本科，中学一级教师，从事高中化学教学研究

高中电化学主要包括原电池和电解池的工作原理、电极反应式的书写、电解方程式的书写、电子转移的表示方法以及电化学的简单计算等内容，是氧化还原反应的进一步深化与实践应用，对于高中生化学能力要求较高.并且部分内容较为抽象，需要学生也能够充分理解[1].为确保学生能够理解、记忆并熟练运用电化学知识，教师需要帮助学生更深入理解电化学原理，并能够将其熟练运用到解题过程中.

1 原电池工作原理与解题技巧

1.1 原电池工作原理

原电池的工作原理是利用化学反应将化学能转化为电能，为自发进行的氧化还原反应.具体来说，原电池由两个电极（正极和负极）以及电解质溶液组成[2]，其工作原理如图1所示.

1.2 原电池习题解题技巧

原电池是高中化学中非常重要的知识点之一，也是高考中的重点和难点.此类题目主要考查学生对原电池工作原理的掌握程度，包括能否正确判断原电池的正负极、能否正确书写电极反应式，以及能否正确判断原电池中正负离子的移动方向等.在书写电极反应式时，需要遵循书写规则和技巧，确保电子转移数和电荷守恒的准确性.

例1 如图2所示，为VB2（碱性硼化钒）——空气电池，总反应方程式为：11O2+4VB2+20OH-+6H2O4VO3-4+8B（OH）-4，则下列说法中错误的是（" ）.

A.原电池正常工作时，OH-移动方向为正极至负极

B.电流方向为复合碳电极→负载→碱性硼化钒电极，电子方向相反

C.负极反应式为：

16OH-+VB2-11e-=4VO3-4+2B（OH）-4+4H2O

D.当参与反应的O2量为0.448 L时，电子转移为0.12 mol

答案：D

解析 从题干上来看，该题为原电池类型习题，而根据已知条件中总反应方程式可知，VB2（碱性硼化钒）为负极，复合碳电极为正极，A项，OH-为阴离子，移动方向为负极，正确；B项，根据原电池工作原理，电流方向为正极至负极，电子流方向为负极至正极，通过上述分析可知，VB2（碱性硼化钒）为负极，复合碳电极为正极，正确；C项，正极发生氧化反应，方程式为：2H2O+4e-4OH-，利用总反应方程式减去正极反应方程式，正确；D项，复合碳电极为正极，氧气与电子数之比为1∶4，故O2量为0.448 L时，电子转移应为0.02 mol，错误.

2 电解池工作原理与解题技巧

2.1 电解池工作原理

电解池的工作原理是利用电解作用将电能转化为化学能，即将电解质溶液中的物质进行氧化还原反应.在电解池中，电流通过外接电源和电极，使电子从负极流向正极，从而引发氧化还原反应.电解池由外接电源、电解质溶液、阴阳电极以及导线组成[3].当电解池接通外接电源后，电子从负极流向导线，再通过电解质溶液传递到正极，形成电流回路.在电极上，电子的传递导致阳离子在阴极上得到电子发生还原反应，阴离子在阳极上失去电子发生氧化反应.电解过程中，阳离子向阴极移动，并在阴极上获得电子释放出能量，从而发生还原反应；阴离子向阳极移动，并在阳极上失去电子吸收能量，从而发生氧化反应.

2.2 电解池类习题解题技巧

根据电解池工作原理，通常使用活泼金属为阳极，即元素周期表中铂以前的金属[4].而阴极发生还原反应，阴极材料一般不参与反应，因此解答此类题型时，可以从电解池阴极入手，快速判断电解池阴阳极.

例2 如图4所示，a、b极均为惰性材料，该装置主要作用为制备过氧化氢（H2O2），所用原料为去离子水与氧气（O2），忽略温度变化影响，则下列说法错误的是（" ）.

A.a、b反应过程中产生与消耗的氧气（O2）摩尔比为1∶2

B.电解反应过程中，阴极室pH值下降

C.阴极反应式：4H++2O2+4e-2H2O2

D.阳极产生1 mol O2，阴极电子转移4 mol

答案：B

解析 从图中可以看出，在装置右侧，O2进入装置，生成H2O2，氧元素化合价降低，说明装置右侧发生还原反应，b极为阴极，连接电源负极；a极为阳极，连接电源正极.则阳极反应式为2H2O-4e-4H++O2，阴极反应为4H++2O2+4e-2H2O2.A项，根据阴阳极反应式可知，电子转移数相同，氧气比为1∶2，正确；B项，根据阳极反应式，生成H+，通过质子交换膜转移至左侧阴极室，则pH不变.错误；C项，根据上述分析，正确；D项，通过上述阴阳极反应式，正确.

3 原电池与电解池组合装置解题技巧

高考中，为考查学生电化学知识掌握情况，通常会以前沿电化学知识为背景，通过设置原电池与电解池组合装置类题型，考查学生解决综合问题、复杂问题的能力[5].不论题型如何变换，此类题型的基础还是电子的转移、离子的移动、电极反应等知识.在解答这类题目时，学生需要准确地识别出原电池和电解池的类型，以及各个电极的名称和功能；根据题目的描述，分析反应过程，明确各电极上发生的反应和物质的变化；综合运用所学的电化学知识，结合题目的具体情境进行分析和推理.

例3 如图5所示为新型 Zn-CO2 水介质电池，电极为选择性催化材料与金属锌.该电池在充电过程中，能够将水转化为氧气等物质，是当前解决能源污染的新型手段.根据图示结构，则下列说法不正确的是（" ）.

A.充电时，正极溶液中氢离子浓度降低

B.充电式，阴极反应为Zn（OH）2-4+2e-Zn+4OH-

C.放电时，总反应式为Zn+2OH-+CO2+2H2O2Zn（OH）2-4+HCOOH

D.放电时，每产生1 mol HCOOH，则电子转移2 mol

答案：A

解析 此题型为原电池与电解池混合类题目，根据充、放电，电池的类型也发生变化.A项，充电时的电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑，可以看出产物中存在4H+，错误；B项，充电式，Zn（OH）2-4经过反应，被转化为Zn，正确；C项，可分别写出放电时正负极反应方程式，结合得到总反应方程式，正确.D项，根据总反应式，放电时，消耗CO2，生成HCOOH，错误.

4 电极反应式书写与解题技巧

高中电化学反应方程式书写通常

在高考中以新型电池能源案例分析题型出现，主要集中在填空题中.而高中阶段学生对于新型电池能源较为陌生，因此在书写电极反应方程式过程中，难以把握关键要点.为提高学生电极反应式书写正确率，教师需要注重引导学生正确判断题目中的正负、阴阳电极，可以从反应过程中电子的得失入手，找到电化学反应中的氧化剂、还原剂以及反应产物，从而能够轻松地完成解题，并正确书写电极反应式.

例4 新型锌——空气燃料电池中，电解质溶液为KOH，总反应式为2Zn+O2+4OH-+2H2O2Zn（OH）2-4.根据题目，完成下列问题：

（1）电源负极反应式为：.

（2）该新型电池放电过程中，内部转移了4 mol电子，则标准状况下，消耗氧气量为.

答案：（1）Zn-2e-+4OH-2Zn（OH）2-4

（2）22.4 L

解析 在题目已知条件中，给出了原电池总反应方程式，分析可知，该原电池为金属锌失去电子，通过原电池负极氧化反应，失去电子，可以判断金属锌为负极.另外，根据题目电解质溶液为KOH，呈碱性，故反应过程中不可能生成H+.经分析，可书写负极化学反应方程式为Zn-2e-+4OH-2Zn（OH）2-4.第（2）问中，根据总反应方程式可知，1 mol金属锌反应失去4 mol电子，1 mol O2反应失去4 mol电子，则在标准状况下，经换算需要消耗22.4 L O2.

5 结束语

综上所述，教师在教学过程中，需要注重引导学生加强基础知识记忆与理解，根据具体题型，分析电化学的相关知识点，通过有效引导，加强学生解决问题的思维框架构建能力，熟悉题型类别，帮助学生快速完成题型解答.

参考文献：

［1］ 李行利，路小彬.建构电化学解题模型，高效突破高考习题[J].广州化工，2023，51（13）：243-246.

[2] 王永波.高考电化学理论知识的解题技巧研究[J].人文之友，2019（14）：167.

[3] 徐依，王海勤.高考化学电化学专题复习方法及解题策略[J].招生考试之友，2023（24）：44-47.

[4] 苏莉.构建解题模型速解电化学问题[J].高中数理化，2021（23）：68-69.

[5] 袁李李，朱怀义.电解原理的理解与运用[J].数理化解题研究，2021（1）：100-101.

［责任编辑：季春阳］