如何進行電化學的復習

許銀星

【摘 要】文章從原電池和電解池裝置的判斷方法、電化學裝置中電極反應以及總反應書寫的技巧、電化學裝置中離子移動方向問題、相關的計算問題等方面探討了如何進行電化學的復習。

【關鍵詞】電化學 復習 裝置類型判斷 電極反應 計算

電化學知識在高考中占有比較重要的地位，多次出現在選擇題中，還有幾年單獨作為一道大題出現。很多學生對這部分內容掌握得不好，失分嚴重。失分的原因主要有這幾個方面：裝置類型判斷錯誤；電極名稱判斷錯誤；裝置的電極反應及總反應書寫錯誤；離子移動方向判斷錯誤；相關計算的錯誤。對此，教師在復習中可采用既綜合又分類的方法，逐一解決上述問題。

一、裝置類型判斷

判斷一個裝置是電解池還是原電池，最基本的方法就是：有電源的是電解池，無電源的是原電池。而這部分較難的是兩種裝置混合后的判斷。如下題。

如上圖所示的裝置中，當線路接通時，發現M（用石蕊試液浸潤過的濾紙）a端顯藍色，b端顯紅色，且知甲中電極材料是鋅、銀，乙中電極材料是鉑、銅，且乙中兩電極不發生變化。回答：甲、乙分別是什么裝置？

分析：該題的解題要點在于，因為無外接的電源，所以該裝置應是自帶電源的電解裝置。那究竟是哪一個裝置作為電源？根據所學知識，原電池反應能自發進行，而電解池不能自發進行。濾紙部分兩邊同時出現酸堿性，此現象只有電解池可以做到，所以應考慮甲、乙兩池中有一個作為原電池。甲裝置中的鋅可與CuSO4溶液反應，而乙裝置的鉑、銅都不能與稀H2SO4反應，所以甲應該屬于原電池裝置，乙為電解池裝置。

二、電極名稱判斷

要熟悉原電池和電解池反應，就要牢記“原電池中正級得電子，負極失電子”，電解池中“陰級得電子，陽極失電子”以及得失電子后引起的化合價變化。也可將兩者結合記憶。因為原電池的正極連接的是電解池的陽極，負極連接的是電解池的陰極，相互連接的電級得失電子情況剛好相反。除此之外，熟記一些一般規律。例如，有金屬單質參與反應的原電池，金屬單質一定是負極；電極質量減小，應為原電池的負極或電解池的陽極；電極質量增加，應為原電池的負極或電解池的陰極；原電池中有氣體生成的為正極；電解池中能使酚酞變紅的應為陰極，能使石蕊變紅的為陽極等。

三、電極反應及總反應的書寫問題

這是電化學的重點也是難點。在能正確判斷出裝置類型后，如何讓學生準確寫出這些反應就顯得非常重要。很多基礎較好的學生容易把兩種裝置的反應相互混淆。為了解決這一問題，首先應讓學生樹立自發進行和非自發進行的觀念。

電解池是有外加的電源，不能自發進行，所以嚴格按照如下規律反應：

陽極：金屬電極﹥S2-﹥I-﹥Br-﹥Cl-﹥OH-，陰極：Ag+﹥Fe3+﹥Hg2+﹥Cu2+﹥H+

因為溶液中一般有水（熔融狀態除外），因此排在OH-和H+后面的離子可以忽略不計。在書寫電極反應時，除了金屬電極失去電子生成金屬離子，Fe3+得到電子生成 Fe2+外，其他電極反應都生成單質。這樣記憶能準確寫出電極反應，同時還能順便記住得失電子情況。而其總反應的書寫，只需要去看是只有電解質溶液反應，或者是電解質與水共同反應，或者僅有水參與反應即可。可以讓學生分別對比CuCl2、CuSO4和K2SO4的電極反應及總反應情況。

原電池的電極反應書寫則較為復雜，首先判斷原電池的反應類型，然后再逐步寫出電極反應或總反應。

原電池是能自發進行的反應，在進行反應時一般有如下三種類型。

1.負極與電解質溶液反應（如：鋅、銅與稀鹽酸的原電池，鋼鐵的析氫腐蝕等）。有鹽橋的反應一般也是該類型的原電池，可以根據哪種金屬可以與其中的電解質溶液反應很快確定總反應和正負兩級。

2.負極與空氣中的氧氣反應（如：鋼鐵的吸氧腐蝕等，同時對比析氫腐蝕，分析兩類反應的先后順序）。

3.燃料電池：兩級的氣體或材料一起反應（如：氫氧燃料電池、鉛蓄電池等）。

當學生通過上述方法準確了解了原電池的反應原理之后，根據以下規律即可快速寫出原電池的總反應和電極反應。

1.對于大多數的原電池，可以先寫出總反應及負極反應。因為原電池為自發進行的裝置，所以裝置中所發生的總反應與我們在元素及其化合物部分所學習的反應是一樣的。而負極一般是金屬失去電子變成金屬離子，這時要通過我們所知的該反應的離子方程式來明確離子最后以什么形式存在，然后在方程式的兩邊分別補上H+、OH-或H2O。如Al-Mg-NaOH的原電池，我們知道Al為負極，而總反應是我們學習過的，即2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑，因此負極可以初步認為是Al-3e=Al3+，但是這并不是Al元素最終存在的形式，它最終以AlO2-的形式存在于溶液中。所以我們可以根據題目條件在電極反應式的左邊補上OH-，右邊補上H2O，得到正確的電極反應Al-3e+4OH-=AlO2-+2H2O。對于燃料電池，這個方法一樣適用，如鋅錳干電池總反應為：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO（OH）+Zn（OH）2，按照剛才的方法，很容易得出負極反應式為：Zn+2OH-2e-=Zn（OH）2。寫出總反應與負極反應后，用總反應減負極反應即可得正極反應式。

2.對于有氧氣參與的電化學腐蝕或燃料電池，我們都可以優先寫出作為正極的氧氣所發生的反應。氧氣在不同條件下所發生的電極反應分別為：堿性條件：O2+2H2O+4e-=4OH-；酸性條件：O2+4H++4e-=2H2O；固體介質中：O2+4e-=2O2-。因為燃料電池的總反應就是物質的燃燒（若在堿性條件下有CO2生成，則需加上OH-后將CO2變成CO32-）。如甲烷的燃料電池，酸性條件下的總反應為：CH4+2O2=CO2+2H2O，堿性條件下：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，用總反應減去有O2參與的正極反應，很快就可得負極反應。

3.對于由離子反應組成的原電池，可以根據得失電子的規律得出正負極反應。如2Fe3++2I-=2Fe2++I2的原電池反應，由于Fe3+得電子變成Fe2+，因此這個原電池的正極反應為2Fe3++2e=2Fe2+；I-失去電子變成I2，因此負極反應為2I--2e=I2。

四、離子移動方向的判斷

這部分內容其實比較簡單，在原電池中陽離子（帶正電）移向正極，陰離子（帶負電）移向負極，簡稱“正的移向正的，負的移向負的”。這個規律對有鹽橋的原電池一樣適用，反應過程中鹽橋中的離子按照這個規律移向兩邊裝置；電解池則剛好相反。

五、電化學的相關計算

這部分的計算，主要遵循的規律是得失電子守恒，包括兩級的得失電子守恒和串聯裝置中的得失電子守恒。如下題。

常溫下電解200 mL一定濃度的NaCl和CuSO4混合溶液，理論上兩極所得氣體的體積隨時間變化的關系如下圖中曲線Ⅰ和Ⅱ所示（氣體體積已換算成標準狀況下的體積）。根據圖中信息計算原混合溶液中NaCl和CuSO4的物質的量濃度。

解析：混合溶液中陽離子有Na+、Cu2+、H+，放電順序為Cu2+﹥H+﹥Na+，陰離子有Cl-、SO42-、OH-，放電順序為Cl-﹥OH-﹥SO42-，故陽極先2Cl--2e-=Cl2↑，再4OH--4e-=2H2O+O2↑。陰極先Cu2+2e-=Cu，再2H++2e-=H2↑，故n（NaCl）=2n（Cl2）=0.02mol，則c（NaCl）=0.1mol/L。陽極得到336 mL氣體中，含0.01molCl2和0.005molO2。轉移電子的物質的量：0.01 mol×2+0.005mol×4=0.04mol。此過程中陰極剛好全部析出銅：n（CuSO4）=n（Cu）==0.02mol，則c（CuSO4）==0.1mol/L。

在電化學的計算中，還有一個內容學生覺得比較難，就是電解后溶液中PH的計算。其實只要記住：消耗H+，溶液顯堿性，反應后溶液中n（OH-）等于被消耗的n（H+），消耗OH-，溶液顯酸性，反應后溶液中n（H+）等于被消耗的n（OH-）。

只要能熟練應用這些規律，在解決電化學的題目時應該不會遇到太大問題。