高考中的“寵兒題材”

吳健

化學反應中的能量變化是中學化學教材體系的另一條主線，其中之一的化學能與電能相互轉化是日常生活、工農業生產聯系最廣的一種，因此新型電池成為高考題材中的“寵兒”，以新型電池為載體考查了學生對電化學原理及其應用的掌握程度。由于題材新、陌生度高，綜合性強，有些學生的知識容量有限，難以識別和理解，有一定的難度和區分度。本文舉例說明僅就以新型電池來考查原電池工作原理的考查形式。

例1一種微生物燃料電池如圖1所示，下列關于該電池的說法正確的是（）。

A.a電極發生還原反應

B.H+由右室通過質子交換膜進入左室

C.b電極反應式為2NO-3+10e-+12H+N2↑+6H2O

D.電池工作時，電流由a電極沿導線流向b電極

圖1解析本題以微生物燃料新型電池考查原電池工作原理，考查了正負極的判斷、兩極上反應類型、電池內電路（電解質溶液中）陰陽離子的移動方向、外電路電流的方向和電極方程式的書寫。正負極判斷依據氧化還原反應原理，化合價升高，失去電子的一極是負極，被氧化，發生氧化反應。由b電極上由NO-3變成N2，N元素的化合價降低，可判斷b電極為正極，發生還原反應，推出a電極為負極，發生氧化反應，故A錯誤；電池內電路電解質溶液中陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，B選項中H+應從左室通過質子交換膜進入右室，故B錯誤；C選項考查了電極方程式的書寫，b電極為正極，得電子，又符合酸性介質，b電極的電極反應式為：2NO-3+10e-+12H+N2↑+6H2O，故C正確；電池外電路電子的流向是由負極通過導線流向正極，電流方向正好相反，故D錯誤。

答案：C

圖2例2某電化學氣敏傳感器的工作原理如圖2所示，下列說法正確的是（）。

A.b極為負極

B.a極的電極反應式為2NH3+3O2--6e-N2+3H2O

C.反應消耗的NH3與O2的物質的量之比為4∶5

D.該傳感器在工作過程中KOH的物質的量不變

解析本題以電化學氣敏傳感器的工作原理為載體進行考查。A選項考查電極判斷，b電極通入的O2是氧化劑，反應中是得到電子，b極為正極，故A錯誤；圖中以KOH溶液作電解質溶液，不可能存在O2-，沒有考慮到離子的存在形式，故B選項錯誤； C選項考查了反應物之間的物質的量比，只是寫出電池總反應方程式就可判斷，電池總反應方程式為：

4NH3+3O22N2↑+6H2O

則NH3與O2的物質的量之比為4∶3，故C選項錯誤。從總反應方程式中來看沒有消耗KOH，產物是N2和H2O，故KOH的物質的量不變，但需注意的是KOH的物質的量濃度是因為有水生成而降低的。故選D。

答案：D

例3現在污水治理越來越引起人們重視，可以通過膜電池除去廢水中的乙酸鈉和對氯苯酚ClOH，其原理如圖3所示，下列說法正確的是（ ）。

圖3A.電流方向從B極沿導線經小燈泡流向A極

B.A極的電極反應式為：

ClOH+e-

Cl-+OH

C.當外電路中有0.2 mol e-轉移時，通過質子交換膜

的H+的個數為0.2NA

D.B極為電池的正極，發生還原反應

解析本題中的新型電池以現實工業生產中除去含乙酸鈉和對氯苯酚污水處理，并以有機污染物為原料設計的新型電池，學生對共價鍵理解不深，有機物中元素的化合價判斷是學生的一個難點，其實，只要采用整體法，依據中性微粒的化合價代數和為零的原則，常見元素的化合價以常規來處理，計算出碳元素的化合價，不管碳元素的真實化合價是多少，可用分數表示，根據碳元素化合價的變化來判斷正負極及電極方程式的書寫。 如A極中對氯苯酚的分子式C6H5OCl中碳元素的化合價可計算為-1/3，苯酚中碳元素的化合價 計算為-2/3，則A極中碳元素化合價降低，得電子，故A極為正極，同理B極CH3COO-中碳元素化合價為0價，HCO-3中碳元素化合價為+4價，則B極中碳元素化合價升高，失電子，B極為負極。 可寫出電極方程式：

A極：正極2ClOH+2e-

2Cl-+

2OH

B極：負極CH3COO--8e-+4H2OHCO-3+H2CO3+8H+

A選項考查的外電路電流方向是正極通過導線流向負極，故A選項錯誤；B選項轉移2e-，錯誤；一個電子與一個H+都帶一個單位電荷，所以C選項當外電路通過0.2mol e-時，內電路中有0.2 mol H+通過質子交換膜，C選項正確。D選項B極為電池的負極，錯誤。

答案：C。

例4H2S廢氣資源化利用途徑之一是回收能量并得到單質硫。反應原理為：

2H2S（g）+O2（g）S2（s）+2H2O（l）

ΔH=-632 kJ·moL-1

圖4為質子膜H2S燃料電池的示意圖。下列說法正確的是（ ）。

圖4A. 電極a為電池的正極

B. 電極b上發生的電極反應為：O2+2H2O+4e-4OH-

C. 電路中每流過4 mol電子，電池內部釋放632 kJ熱能

D. 每34 g H2S參與反應，有2 mol H+經質子膜進入正極區

解析本題結合H2S廢氣資源化利用和化學反應與熱能的變化設計的新型電池，結合電池總反應方程式，圖中電極b通入的O2是氧化劑，得電子，電極b是正極，電極a通入的H2S是還原劑，電極a是負極，選項A錯誤。選項B的電極方程式是在堿性條件下，而題中給出的是質子交通膜，B選擇項錯誤。選項C對原電池的概念不清，原電池是把化學能轉化為電能的裝置，所以電路中每流過4 mol電子，有632 kJ的化學能轉化為電能，故選項C錯誤。選項D中34 g的H2S剛好是1 mol，1 mol H2S的硫從-2價升高到0價，轉移的電子數為2 mol，所以電池的內電路電解質溶液中有2 mol H+經質子膜進入正極區，所以選項D正確。

答案：D。

這種題型雖然題材新，來源廣范，時代性強，備受命題者青睞，看上去起點高，實質上落點低，仍然考查的是中學所學的原電池的基礎知識和基本工作原理，只要掌握了相關知識和原理，問題就可迎刃而解。

（收稿日期：2016-07-15）